18米屋架跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項復(fù)雜的工程任務(wù)，涉及對建筑物的支撐結(jié)構(gòu)進行精確計算和設(shè)計。該設(shè)計需要考慮到建筑的重量、風(fēng)載、雪載以及地震等自然力的影響。設(shè)計師首先需要確定屋架的結(jié)構(gòu)形式，比如桁架、拱或梁，并選擇合適的材料如鋼材來構(gòu)建。在確定了結(jié)構(gòu)類型和材料后，接下來是進行詳細(xì)的力學(xué)分析，包括計算構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性，確保結(jié)構(gòu)的承載能力滿足設(shè)計要求。設(shè)計師還需要考慮施工的可行性，包括施工方法的選擇、施工順序的安排以及對現(xiàn)場條件的限制因素。設(shè)計中還需要包含必要的安全系數(shù)和冗余，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的極端情況。整個設(shè)計過程是一個迭代的過程，需要不斷調(diào)整和優(yōu)化以確保最終方案既經(jīng)濟又安全。

18m屋架跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

18米跨度的鋼結(jié)構(gòu)屋架設(shè)計是一個復(fù)雜的工程問題，涉及多個方面的考量，包括結(jié)構(gòu)形式、荷載計算、內(nèi)力分析、材料選擇和支撐布置等。以下是該設(shè)計的主要步驟和要點：

1. 設(shè)計資料

• 廠房尺寸：廠房總長度為120m，柱距6m，跨度為18m。
• 屋面材料：采用1.5m × 6.0m預(yù)應(yīng)力大型屋面板，屋面坡度為i=1:10。
• 保溫層：120mm厚泡沫混凝土保溫層。
• 防水層：三氈四油防水層。
• 鋼材：鋼材采用Q235B，設(shè)計強度f=215kN/，焊條采用E43型，手工焊接。
• 支撐：構(gòu)件與支撐的連接用M20普通螺栓。

2. 結(jié)構(gòu)形式與布置

• 屋架形式：采用梯形鋼屋架，兩端鉸支于鋼筋混凝土柱上。
• 幾何尺寸：計算跨度Lo=18000-2150=17700mm，端部高度h=2000mm（軸線處），中部高度2900mm。
• 支撐布置：屋架支撐布置見圖A-2所示，包括上弦支撐、下弦支撐、垂直支撐、剛性系桿和柔性系桿。

3. 荷載與內(nèi)力計算

• 永久荷載：
  • 防水層：0.35kN/
  • 找平層：0.40kN/
  • 保溫層：0.70kN/
  • 預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板：1.40kN/
  • 鋼屋架和支撐自重：0.318kN/
  • 管道設(shè)備自重：0.10kN/
  • 總計：3.068kN/
• 可變荷載：
  • 雪荷載：0.75kN/
  • 積灰荷載：0.50kN/
  • 總計：1.25kN/
• 荷載組合：
  • 組合一：全跨永久荷載 + 全跨可變荷載
    • 屋架上弦節(jié)點荷載P = (4.0644 + 1.75) × 1.5 × 6 = 52.3296kN
  • 組合二：全跨永久荷載 + 半跨可變荷載
    • 屋架上弦節(jié)點荷載 = 4.0644 × 1.5 × 6 = 36.59kN
    • 可變荷載 = 1.75 × 1.5 × 6 = 15.75kN
  • 組合三：全跨屋架及支撐自重 + 半跨大型屋面板重 + 半跨屋面活荷載
    • 屋架上弦節(jié)點荷載 = 0.417 × 1.2 × 1.5 × 6 = 4.5kN
    • 可變荷載 = (1.4 × 1.2 + 0.75 × 1.4) × 1.5 × 6 = 24.57kN

4. 內(nèi)力計算

• 內(nèi)力系數(shù)：采用程序計算桿件在單位節(jié)點力作用下各桿件的內(nèi)力系數(shù)，見表A-1。

5. 桿件設(shè)計

• 截面選擇：選用兩個不等肢角鋼2L100x80x6，長肢水平。
• 截面幾何特性：A=，i=y.l人=-ox-=<150甲=大型屋面板與上弦焊牢，起縱橫向水平支撐作用，上弦桿其他節(jié)間的長細(xì)比和穩(wěn)定驗算均未超過上述值。
• 計算長度：屋架平面內(nèi)的計算長度七=300cm，屋架平面外的計算長度=300cm。

6. 支撐布置

• 上弦支撐：在房屋兩端第一個之間各設(shè)置一道上弦平面橫向支撐和下弦平面橫向支撐。
• 下弦支撐：在屋架的下弦節(jié)點設(shè)計三道柔性水平系桿，上弦節(jié)點處的柔性水平系桿均用該處的檁條代替。
• 垂直支撐：根據(jù)廠房長度36m，跨度為4m，在廠房兩端第二柱間和廠房中部設(shè)置三道上弦橫向水平支撐，下弦橫向水平支撐及垂直支撐。

7. 檁條設(shè)計

• 檁條間距：考慮屋面材料的要求，實際取半跨屋面檁條數(shù)13根，檁條間距滿足要求。
• 截面選擇：選用普通槽鋼[8]，查表得m=0.08kN/m，Ix101cm，Wx25.3cm，Wy5.8cm；截面塑性發(fā)展系數(shù)為γx=1.05，γy=1.2。
• 荷載計算：
  • 恒載：0.3 × 0.778 = 0.233(kN/m)
  • 石棉瓦：0.2 × 0.778 = 0.156(kN/m)
  • 檁條和拉條：0.080(kN/m)
  • 合計g=0.469(kN/m)
  • 可變荷載q=0.600 × 0.778 = 0.467(kN/m)
  • q=qsin=1.217 × 0.3162 = 0.379kN/m
  • q=qcos=1.217 × 0.9487 = 1.155kN/m。

8. 節(jié)點設(shè)計

• 下弦節(jié)點：節(jié)點“c”設(shè)計。
• 上弦節(jié)點：節(jié)點“B”設(shè)計。
• 屋脊節(jié)點：節(jié)點“H”設(shè)計。
• 支座節(jié)點：節(jié)點“a”設(shè)計。

結(jié)論

18米跨度的鋼結(jié)構(gòu)屋架設(shè)計需要綜合考慮結(jié)構(gòu)形式、荷載計算、內(nèi)力分析、材料選擇和支撐布置等多個方面。通過詳細(xì)的設(shè)計計算和合理的結(jié)構(gòu)布置，可以確保屋架的安全性和經(jīng)濟性。

18m屋架跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計